基于地层倾角资料井旁沉积与构造识别方法研究

魏尽超，肖小玲，罗 利，熊 宇

(1. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 ，湖北 武汉 430100； 2. 中油测井西南分公司，重庆 400021)

1 地层倾角测井原理

地层面、构造面或断裂面在空间某一点的位置由其走向、倾向和倾角所确定。地层面的走向是地层面与水平面交线的方向，用他与正北方向的夹角来表示。地层面的倾角是在倾斜方向上地层面与水平面是夹角。地层倾角测井仪使用3个(或更多个)完全相同的，互相间隔等角度的电极组，这些电极被分别安装在3个(或多个)推靠臂极板上。用各电极分别记录下一条微聚焦电导率曲线，一旦极板平面通过具有不同电特性的两个地层分界面时，地层倾角使曲线在深度上产生偏移。如果是直井，就可以根据空间的相对位置和平面方程就可以计算出地层倾角和倾向；如果是斜井，得到的是视倾角和视倾向，还需要根据仪器在空间的姿态推算出真实的地层倾角和倾向[1-2]。

2 基本沉积模式

地层倾角测井主要求出对应深度的地层倾角和倾向，然后用测井矢量图直观地表达出来，矢量图上每个矢量箭头尾部的横坐标为地层倾角，纵坐标为钻井深度,箭头方向指出倾斜方位角。石油地质的组合模式理论指出不同的构造形态反映在矢量图上的变化规律是不同的[3-5]。

2.1 红模式

红模式指随深度的增加，相邻两个或多个蝌蚪的方向不变、角度增加[6]，具体模式如图1所示。这种模式是由沉积在斜坡表面的沉积物所形成的，或者是由沉寂后作用使倾斜发生变化的沉积岩所形成的。

图1 红模式倾角

2.2 蓝模式

蓝模式是指随深度增加，相邻两个或多个蝌蚪的方位不变[6]，角度减小，具体模式如图2所示。这主要是由前积层上的地层所产生的。前积层产生的蓝模式的方向指示沉积期间的水流方向。某些蓝模式是由剥蚀面下的风化带产生的，这一过程产生一随深度增加，倾斜逐步变平缓的特征。

2.3 绿模式

绿模式是指相邻两个或多个蝌蚪的倾角和方位都相同[6]，具体模式如图3所示。他是由平行交互层理以及水平沉积并经以后的构造抬升而形成的地层所导致的。绿模式是目前唯一能指示构造的一类，也是蝌蚪图上散射最小的一类。

图2 蓝模式倾角

图3 绿模式倾角

2.4 杂乱模式

杂乱模式是指相邻蝌蚪的倾角和方位角是随机变化的[6]，具体模式如图4所示。他是高能环境中的沉积物所形成的，例如深度较浅的水域、生物扰动使地层改变、经受沉积后运动的地层。

图4 杂乱模式倾角

3 构造模式

3.1 褶皱构造

褶皱是指岩石受力发生的弯曲变形，他是由岩石中原来近似平直的面变成了曲面而表现出来的，形成褶皱的面绝大多数是层里面，而变质岩的劈理、片理或片麻理以及岩浆岩的原生流面等也可成为褶皱面，即便是岩层和岩体中的节理面、断层面或不整合面，受力后也可能变形而形成褶皱。

褶皱的形态是多种多样的，而其基本形式有两种：岩层向上弯曲，其核心部位的岩层时代较老，外侧岩层较新，称为背斜；岩层向下弯曲，核心部位的岩层较新，外侧岩层较老，称为向斜。如图5～6所示。

图5 对称背斜倾角矢量

图6 不对称背斜倾角矢量

3.2 断层构造

正断层，在井眼中某一层缺失，由于断层面没有变形，矢量图显示与单斜构造一样，为绿色模式，不能用倾角测井来识别断层，具体矢量图如图7所示。

图7 无破碎带正断层倾角矢量

逆断层，在井眼中的某一层和部分层位重复，由于断层面没有变形，在矢量图上断层无显示，具体矢量图如图8所示。

图8 有破碎带逆断层倾角矢量

4 倾角矢量模式自动识别

4.1 倾角滤波

本文采用中值滤波对倾角数据进行去噪。中值滤波把数据中的一点用该点的一个邻域中各点的中值代替，其具体算法步骤如下：①定义一个长度为奇数M的窗长，M=2N+1；②截取窗内样本值为X(i-N)、X(i-N+1)…X(i)…X(i+N-1)、X(i+N)；③对样本X(i)进行排序，输出中值mid(i)；④窗口向右移一个单位，返回步骤③；⑤结束。

4.2 倾角模式识别

对于倾角矢量模式的分层，由于用活度分层方法计算的乱模式，红模式，蓝模式的结果都较大，无法将他们区分开来，所以本文类比活度分层的原理，采用最小二乘拟合的方法，求窗长内拟合的一次曲线均方误差进行层段划分。当均方误差出现峰值时，就是层段的拐点。计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

首先用窗长内每连续四点拟合一次函数(取窗长m=5)，并计算拟合的均方误差，先用计算的均方误差进行层段划分，然后用拟合曲线的斜率来分别判断红绿蓝模式(红模式为正，蓝模式为负，绿模式接近于0)。

5 实际数据处理结果

针对以上算法，用C++在VS2010上编程实现，并将程序挂接到ciflog软件上，输出模式及用数值表示，如表1所示。

表1 模式与数值对应

5.1 沉积模式识别

图9中，在3 280～3 310 m处先后出现绿模式、蓝模式、红模式，并且输出结果与地层倾角蝌蚪图较吻合，该地层先是由沉积在斜坡表面的沉积物所形成的，随后由前积层上的地层所产生的，前积层产生的蓝模式的方向指示沉积期间的水流方向；最后，由平行交互层理以及水平沉积并经以后的构造抬升而形成的地层所导致的。

图9 基本沉积模式识别结果

5.2 构造识别与解释

图10中，在3 060～3 071 m处的输出模式为大段的绿模式，且与倾角蝌蚪图对应吻合，倾角大致为33(°)左右，倾向基本一致，可判定为背斜或向斜；

图10 褶皱构造处理结果

图11中，在3 225～3 236 m处，输出模式为1-0-1，说明该地层很硬，在构造力作用下，岩层断裂伴随在断裂面处产生破碎带，由于破碎带中地层倾角没有一定方向，中间段显示乱模式，因此该地层可解释为断层。

图11 断层构造处理结果

6 结 论

1)通过对实际资料处理，使用最小二乘求窗长内点的斜率和拟合方差的处理效果较好，关键在于窗长和门限值的选择，需要进行耐心反复调试。当窗长较小时，拟合方差较大，分层效果不理想；当窗长较大时，对于短的红绿蓝模式识别效果不好，对于长的模式识别效果较好。因此，本文选取窗长Z=5。

2)对于沉积的识别，由于其模式较为单一，只需要进行自动识别，效果较好；对于构造的识别，由于其类型多样，模式的组合较为复杂，数据资料有限，只能用半自动辅以手工的方法对几种简单的构造进行识别，需要加以改进。